基于核心素养的“电阻”概念教学案例

胡愉华+王龙凑

摘 要：物理概念是客观事物有关物理的共同属性及本质特征在人们头脑中的反映，是客观事物的抽象。已有的物理概念教学大多是从知识、技能、方法的角度来设计，而缺少对学生核心素养的培养。物理核心素养体现培养全面发展的人的共性，主要由物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四方面构成。以“电阻”概念为例，展示以培养学生核心素养为主的概念教学案例。

关键词：概念教学；核心素养；电阻

物理概念是客观事物有关物理的共同属性及本质特征在人们头脑中的反映，是客观事物的抽象[1]，掌握牢固的、正确的物理概念是学好物理学的前提和重要保障。本文以人教版九年级教材中的“电阻”概念为例，展示以培养学生核心素养为主的概念教学案例。

一、教学目标

1.物理观念

通过实验尝试改变电路中电流的大小，从中认识“导体能够导电同时对电流又有阻碍作用”的性质，了解什么是电阻，知道电阻的各种单位及换算关系。

2.科学思维

通过“河流”类比，让学生学会应用类比推理的思维方法。

3.实验探究

建立微观模型，让学生加深对电阻概念的理解，并提出影响导体电阻大小的因素的合理猜测，体验发现问题、合理猜测、设计实验方案和获取证据、分析论证的过程。

4.科学态度与责任

激发学生对概念和实验的兴趣，使学生积极主动进行实验操作。通过实验探究活动，体验探究的乐趣，使学生乐于观察、实验，培养学生团队合作与交流的能力，进一步培养学生的核心素养。

二、教学重点

电阻概念的得出和影响导体电阻大小因素的研究（引导学生设计、操作实验，帮助学生对实验数据进行分析、归纳，得出结论）。

三、教学难点

理解不同电阻对电流的阻碍作用不同（类比“河流”，建立微观模型）；运用科学的研究方法合理规划实验过程（引导学生讨论、交流）。

四、教学过程

1.创设情景，构建电阻观念

【导入】用电教设备播放广场舞《小苹果》，让一位学生上台将音量慢慢调高，再慢慢调低，让学生认识到音量的变化，表明通过喇叭中的电流也在发生变化。

让一位学生上台调节台灯的亮度变化，引导学生认识台灯亮度的变化，表明通过灯丝中的电流也在发生变化。用生活中学生熟悉的东西引入，激发学生兴趣和求知欲。

【问题】为什么铜导线与铁导线的用途不同呢？同是导体，为什么它们导电能力又有不同呢？

【实验】将课本图16.3-1实验装置进行简单改装，把铁丝和铜丝分别接入电路，观察一下灯泡的亮度有什么不同。

先将铁丝接入电路，合上开关，观察小灯泡的亮度。

将铁丝换成长短、粗细相同的铜丝，合上开关，观察小灯泡的亮度。

【现象】接铁丝时灯泡暗，接铜丝时灯泡亮。

【分析】实验中用的是相同的电池，也就是说电压相同，为什么两条导线中的电流不同呢？原来，导体能导电，但同时对电流又有阻碍作用；相同电压下，导线中电流不同，说明两条导线对电流的阻碍作用不同，从而引出电阻概念，并知道电阻表示导体对电流的阻碍作用，导体的电阻越大，它对电流的阻碍作用就越大。

2.类比法、微观模型法激发科学思维

初步引出电阻的概念后，再通过类比方法对电阻概念进一步理解，把一条河流比作一段导体，把河流中的河水比作导体中的电流，用河水流动的顺畅程度来类比反映电阻的大小。如果河流越宽，河水经过时受阻碍越小，河水流动越顺畅，借此理解导体电阻与横截面积的关系；河流越长，河水经过河流受到的阻碍机会越多，穿过河流的难度越大，借此理解导体电阻与长度的关系。通过类比方法，更容易加深学生对电阻的概念和电阻与材料、长度、横截面积关系的认识。

教师通过电流和电压的单位比较，引导学生给出电阻的单位欧、千欧、兆欧和换算关系。教师通过步步引导，激活学生的思维，让学生利用已知的河流来认识电阻概念，这一过程，让学生体会到类比推理的思维方法在物理学中的重要性，并能够将已有的知识和技能进行有效迁移，建立起知识之间的联系，学会举一反三，让学生逐步形成科学的思维方法。

通过类比法让学生初步认识电阻，学生的科学思维还处在兴奋状态时，老师抛出问题：既然导体有电阻，电阻有大小，那么猜一猜：影响导体电阻大小的因素可能有哪些？此时，为了培养学生的探究能力，有必要从微观层面建立模型进行深入分析，让学生自己提出合理猜想。

从微观角度来分析电阻，顾名思义是由电路中的分子热运动对带电粒子流过时所产生的干扰，可形象地命名为“阻力”，一般的说，在以电子运动为主的导体（即大部分金属）中，这种“阻力”主要来源于物质分子与快速移动的电子碰撞所造成的能量损失如（圖1）[2]。

以金属导体为例，如上图，金属里面有大量自由电子，它们是可以自由移动的，当导体两端加上电压时，原来杂乱无章运动的电子就会受到推动力，就会做定向移动，电荷的定向移动就形成了电流。对一个单独的自由电子而言，它就不断受到所路过地方的原子核的吸引及不断的碰撞[3]，电子受到原子核的阻碍作用，这就是电阻的本源。

上述微观模型建立后，教师接着引导学生思考影响电阻的因素：横截面积大的金属有较多空间让电子流动顺畅，故电子受到的阻力较小；电子流过较长的金属时，一般会发生相互作用的概率就大大增加，故长的金属电子受到的阻力较大；金属的温度越高，电子热运动越明显，碰撞的机会就越多，电阻就越大；不同材料的金属，原子结构排列不同，其电子受到的阻力也不同。由此就可以让学生自己猜测影响导体电阻大小的因素，为下一步的自主实验探究做好铺垫。

3.自主实验探究

【问题1】影响导体电阻大小的因素可能有哪些？endprint

经过前面建立的微观模型，学生猜测此问题就容易多了。

【猜测】导体的横截面积、长度、温度、材料。

【问题2】在实验中如何知道导体电阻大小呢？

【猜测】电流表的示数、灯泡亮度。

【设计实验】学生两人一组自主探究，经历发现问题、合理猜测、设计实验探究方案和获取证据、分析论证的过程。

（1）如何研究导体的电阻与导体长度的关系呢？在材料、横截面积相同时，探究导体的电阻与长度的关系如（图2）。

（2）如何研究导体的电阻与横截面积的关系呢？在材料、长度相同时，探究导体的电阻与横截面积的关系如（图3）。

（3）如何研究导体的电阻与导体材料的关系呢？在长度、横截面积相同时，探究导体的电阻与材料的关系如（图4）。

【结论】（1）在材料、横截面积相同的情况下，导体长度越长，电阻越大；（2）在材料、长度相同的情况下，导体横截面积越小，电阻越大；（3）在长度、横截面积相同的情况下，导体的电阻与导体的材料有关。导体的材料、长度、横截面积都是导体本身的性质，因此，电阻是导体本身的一种性质，与导体两端的电压和通过导体的电流无关。

导体的电阻还与温度有关，观察演示实验，看到什么现象？说明什么问题？结论：一般金属导体温度升高，电阻增大。

在探究中学生自主设计实验方案，自己摸索探究方法，自主拟订实验步骤，自行得出结论，同学间进行合作与交流，促进学生物理学科核心素养的和谐发展。

4.上台展示，形成科学态度与责任

让其中一个小组上台向全班展示实验过程，然后让其他学生指出其问题所在，老师点评。最后，教师引导学生讨论，回顾本节课的收获。

让小组学生向全班展示实验操作过程，其他小组同学进行观察，对比同学之间的实验，找出自己和别人的不足，并展示学生实验中的问题，这一过程不仅培养了学生的小组合作能力、批判性思维，还通过同学的监督来提升自己的科学实验态度与责任。课堂总结中也引导学生关注物理核心素养中的物理概念、思维方法和实验技能。

五、教学反思

本节课通过创设情景引入电阻，用河流类比建立电阻概念，具有形象性、趣味性，通过精心设置疑点，实验探究，让学生产生认知困惑，引起反思，形成必要的认知冲突，从而促成对新知识的建构，体现了对培养学生核心素养的设计，通过所创设的情景，让学生从生活实际的角度来认识电阻的概念，通过类比法激活学生的科学思维，有效帮助学生实现从前概念到新知的升华。通过影响电阻因素实验，让学生自主探究实验的全部环节，提升实验探究的能力。让学生展示自己的成果及學生互评，帮助学生找出问题，从而形成科学精神与价值观，培养了学生的创新能力和核心素养，为概念教学提供重要依据。

参考文献：

[1]王玉涵，代伟，邹勤.初中物理概念教学优化思考[J].中学物理，2016（34）：11.

[2]王冬莲.换个角度看物理：电学中的抽象概念形象化[J].陕西教育（教学），2010（4）：52-53.

[3]徐游.电磁学[M].北京：科学出版社，2004：147，152-153.endprint